Материал: Тепловой расчет судового двигателя внутреннего сгорания

Тепловой расчет судового двигателя внутреннего сгорания

Содержание

Введение

. Техническая характеристика двигателя и конструктивные особенности

. Выбор и обоснование начальных параметров для теплового расчёта

. Тепловой расчёт двигателя и построение индикаторной диаграммы

. Расчёт сил и моментов, действующих в кривошипно-шатунном механизме

Список использованной литературы

Введение

Азербайджанское Государственное Каспийское Морское Пароходство играет очень важную роль в экономической жизни Азербайджанской Республики. Судами пароходства перевозятся грузы, необходимые для народного хозяйства - для химической промышленности различные соли, для строительной промышленности лесоматериалы и другие грузы для разных отраслей промышленности. В больших объёмах судами пароходства перевозятся также нефть и нефтепродукты, промышленные товары.

Азербайджанское Государственное Каспийское Морское Пароходство вносит большой вклад в развитие экономик стран Средней Азии, обеспечивая им выход на мировые рынки.

Акционерное общество «Кавказ и Меркури», созданное в 1858 году для перевозки грузов из Ирана и Средней Азии заложили основу Каспийского пароходства. В настоящее время Каспийское Морское Пароходство является владельцем 70 судов : 35 танкеров, 35 сухогрузов и паромов.

Двигатели внутреннего сгорания составляют основу энергетических установок на морских судах. Этот тип двигателя благодаря высокой экономичности заменил на флоте паровые поршневые машины. Процесс широкого внедрения на транспортных судах ДВС начался после изобретения в 1892 году немецким инженером Рудольфом Дизелем двигателя внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатия. Такие ДВС принято называть по имени изобретателя «дизелями». Первый двигатель, построенный Р.Дизелем, работал на керосине, распыливаемом форсункой с помощью подаваемого в него сжатого воздуха высокого давления. (Такие дизели называли компрессорными). Мощность этого одноцилиндрового дизеля составляла всего 15 квт при КПД 26%, что было существенно выше, чем КПД паровой машины.

В общемировой практике на относительно малых судах с мощностью энергетических установок до 20 000 квт как источник энергии судна используются дизельные двигатели. В перспективе планируется использование дизелей мощностью до 37 500 квт.

Главной причиной использования на судах дизельных двигателей является их экономичность, возможность работать на относительно тяжёлых топливах.

В настоящее время проводятся обширные научно-исследовательские и практико-конструктивные работы для усовершенствования судовых дизелей. На современном этапе основной задачей является обеспечение экономичности дизелей и уменьшение выброса ядовитых выхлопных газов. Для выполнения этой задачи необходимо совершенствовать знания по теории, конструированию и расчёту судовых ДВС. Исходя из этого можно считать, что тема работы является актуальной.

1.      Техническая характеристика двигателя и конструктивные особенности

Двигатель марки 8TAD 48/70 двухтактный, восьмицилиндровый, с передачи используется как главный двигатель.

Техническая характеристика двигателя приводится в таблице 1

Таблица 1

2.      Выбор и обоснование начальных параметров для теплового расчёта

Давление и температура окружающей среды:

Р₀ = 0,1 МПа; Т₀ = 293К (t₀ = 20⁰C )

Давление воздуха в ресивере принимается

Р_s = 0.155 МПа

Температура остаточных газов Т_rзависит от степени сжатия, нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. С уменьшением степени сжатия( уменьшается степень расширения газов), увеличением нагрузки и частоты вращения (увеличивается нагрев деталей цилиндро-поршневой группы) значение Т_r возрастает. Температура остаточных газов близка к температуре газов за выпускными органами цилиндра и лежит в пределах 600-900К (меньшие значения относятся к двухтактным двигателям). Исходя из этого принимаем: Т_r=700⁰K

Нижний предел степени сжатия () выбирают из условия получения минимально небходимой температуры в конце процесса сжатия, обеспечивающей надёжное самовоспламенение топлива при пуске холодного двигателя (при температуре воздуха в машинном отделении до 8⁰С и более). Для этого температура  должна превышать температуру самовоспламенения на 100200⁰С. Температура распылённого дизельного топлива при Р = 3 МПа равна приблизительно 473⁰К.

Верхний предел  ограничивается значениями P_сиP_z , которые определяют механическую нагрузку на детали цилиндро-поршневой группы, кривошипно-шатунного механизма, остова и влияет на значение механического КПД двигателя.

Для четырёхтактного двигателя с наддувом значение степени сжатия лежит в пределах 11. Исходя из вышеизложенного выбираем11,5

Коэффициент избытка воздуха (  ) зависит от типа двигателя, способа смесеобразования, режима работы и т.п. Снижение  один из эффективных путей форсировки рабочего процесса двигателя. Для заданной мощности двигателя уменьшение (до определённых пределов) коэффициента избытка воздуха приводит к меньшим размерам цилиндра. Однако, с уменьшением величины  возникает неполнота сгорания топлива, ухудшается экономичность и увеличивается термическая напряжённость двигателя. Практически полное сгорание топлива в двигателе возможно только при , так как при  невозможно получить такую совершенную смесь топлива с воздухом, в которой каждая частица топлива была бы обеспечена необходимым количеством кислорода воздуха. Для четырёхтактных двигателей на номинальном режиме работы коэффициент избытка воздуха лежит в пределах 1,7,0. Исходя из этого выбираем

Величина степени повышения давления () для дизелей устанавливается по опытным данным в основном в зависимости от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. Кроме того на величину  оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растёт. Для среднеоборотных судовых двигателей степень повышения давления лежит в пределах , принимаем

Величина коэффициента использования теплоты () принимается на основе экспериментальных данных в зависимости от конструкции двигателя, режима его работы, системы охлаждения, формы камеры сгорания, способа смесеобразования, коэффициента избытка воздуха и частоты вращения коленчатого вала. Величина повышается за счёт сокращения потерь теплоты от газов в стенки, выбора рациональной формы камеры сгорания, уменьшения догорания в процессе расширения и выбора коэффициента избытка воздуха, обеспечивающего увеличение скорости сгорания рабочей смеси. Для среднеоборотных судовых двигателей коэффициент использования теплоты лежит в пределах. Выбираем

судовой двигатель тепловой кривошипный

3.      Тепловой расчёт двигателя и построение индикаторной диаграммы

Процесс наполнения

Давление воздуха на входе в компрессор:

,

где  - перепад давления на воздушных фильтрах

Тогда

Давление воздуха после компрессора:

, Мпа

Где  - перепад давления на воздухоохладителях

Принимаем . Тогда:

Степень повышения давления в компрессоре:

 = 0.1575/0.09955 = 1,582

Давление в конце процесса наполнения:

 , Мпа

Температура воздуха после компрессора:

 , K

Где  - показатель политропы сжатия в компрессоре. Для поршневых насосов

Принимаем  . Тогда:

K,

Температура воздуха в ресивере:

.

Принимаем , К

Где  - температура забортной воды. Принимаем = 18⁰С . Тогда

Температура воздуха в рабочем цилиндре:

Где = 510⁰С - подогрев воздуха от стенок камеры. Принимаем =10⁰С

Тогда

Температура рабочей смеси в цилиндре двигателя в конце процесса наполнения:

Где  коэффициент остаточных газов.

Для четырёхтактных двигателей с наддувом.

 . Принимаем

Коэффициент наполнения:

Коэффициент наполнения, отнесённый к полному ходу поршня:

Рабочий объём цилиндра:

м³

Где D = 0,48 м - диаметр цилиндра.

 = 0,7 м - ход поршня.

Плотность воздуха, подаваемого в цилиндр:

кг/м³

Где R = 287 Дж/(кгград) - газовая постоянная для воздуха

Заряд воздуха, отнесённый к полному рабочему объёму цилиндра:

Где d - влагосодержание воздуха, определяемое в зависимости от температуры и относительной влажности. При 20⁰С и=70% из таблицы 2.1 выбираем d= 0,01.

Тогда

Процесс сжатия

Давление в конце процесса сжатия:

 Мпа

Где  - средний показатель политропы сжатия в цилиндре

Принимаем . Тогда